Текст книги "Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания"

Автор книги: Пол Хэлперн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 26 страниц)

Жизнь, Вселенная и всё такое

Первое представление общей унитарной теории Шрёдингера состоялось в Ирландской королевской академии 25 января 1943 года. Его статья будет опубликована примерно через пять месяцев в сборнике трудов академии. В своем докладе он объяснил, почему решил продолжить работу, начатую, но не завершенную Эддингтоном и Эйнштейном. В год чествования Гамильтона Шрёдингер был рад воспользоваться методами ирландского математика, воздав таким образом ему еще большую дань уважения.

Irish Press на все лады превозносила доклад, делая упор на то, что «Эйнштейна опередили». С заголовком «Впереди Эйнштейна» 1 февраля за подписью репортера Майкла Дж. Лолора вышла эпатажная статья, в которой он заявлял: «Профессор Эрвин Шрёдингер разработал настолько фундаментальную научную теорию, что по своей значимости ее можно сравнить со знаменитой теорией относительности Эйнштейна, которая произвела настоящую революцию в современной физике и изменила наши представления о природе Вселенной… Как говорится, Эйнштейн открыл новый мир человеческому разуму. А профессор Шрёдингер, основываясь в своих выводах на величественном здании общей теории относительности, сегодня сделал еще один огромный шаг вперед. И этот шаг настолько велик, что, вполне может быть, со временем его новая теория будет играть такую же важную роль, как теория Эйнштейна в наши дни»^{144}.

На следующий день газета опубликовала интервью с несколькими ирландскими учеными, высказывавшими свое мнение о работе Шрёдингера. Доктор А. Дж. Макконнелл из Тринити-колледжа, один из тех, с кем удалось связаться репортерам, рукоплескал усилиям Шрёдингера в столь «трудные для института фундаментальной науки времена». Его коллега, профессор С. X. Роу, описывал достижение Шрёдингера как «выдающееся событие в истории науки этой страны»^{145}.

На этот месяц у Шрёдингера были запланированы три публичные лекции на совершенно другую тему, а именно: «Что такое жизнь?». Хотя у него не было никакой специальной подготовки или опыта научных исследований в области биологии, в юности он перенял увлеченность отца наукой о живых организмах и хотел поделиться своими мыслями на эту тему.

Прибыв в Физический театр Тринити-колледжа для чтения первой лекции, он увидел, что зал настолько забит, что многие желающие даже не смогли в него попасть. Он согласился повторить лекцию несколько дней спустя для тех, кому не удалось поприсутствовать. Естественно, премьер-министр, его самый большой поклонник, среди сотен пришедших сидел на самом видном месте. В конце лекции Шрёдингера ждали бурные овации.

Некоторые из ключевых идей Шрёдингера касались взаимосвязей между свойствами атомов и поведением живых существ. Указывая на то, что большинство естественных систем, как правило, стремится к увеличению энтропии (беспорядка), он показал, что жизнь сохраняет упорядоченность за счет поглощения энергии, например от Солнца. Он также предположил, что апериодические кристаллы (неповторяющееся расположение атомов) сыграли важную роль в развитии жизни. Таким образом, он был одним из первых, кто предположил, что жизнь была закодирована в химических последовательностях. Книга Шрёдингера, основанная на этих лекциях, послужит источником вдохновения для биологов 1950-х годов, таких как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, которые будут разрабатывать модель двойной спирали ДНК.

Научно-популярные лекции привлекли внимание журнала Time, который сообщал, что «Шрёдингер – очень обаятельная личность. Его мягкая, веселая речь, его необычная улыбка просто очаровывают. И дублинцы гордятся тем, что лауреат Нобелевской премии живет среди них»^{146}.

Когда Irish Press впервые сообщила об общей унитарной теории Шрёдингера, журналисты послали Эйнштейну экземпляр статьи, чтобы узнать его мнение. Наконец в апреле Эйнштейн телеграфировал. Это был сдержанный, вежливый ответ. «Профессор Шрёдингер обладает очень осторожным и критически настроенным умом, – писал он, – так что его новая попытка решить эту колоссальную проблему должна быть весьма интересна каждому физику. На данный момент я не в состоянии сказать что-либо еще»^{147}.

В той же статье была опубликована реакция Шрёдингера на ответ Эйнштейна. «Конечно, профессор Эйнштейн не может сказать больше, пока он не увидит полноценную научную публикацию», – ответил он.

Этот обмен мнениями в прессе был достаточно любезным и на тот момент дружбе не угрожал. Однако по мере роста уверенности Шрёдингера в правильности своей теории его заявления о превосходстве над работами Эйнштейна становились все смелее и смелее.

Могила надежд Эйнштейна

На заседании Ирландской королевской академии 28 июня Шрёдингер в очередной раз взволновал своих коллег утверждением, что его общая унитарная теория получила экспериментальное подтверждение. Объяснив, что воскресил идею, от которой отказался Эйнштейн двадцать лет назад, Шрёдингер хвастался, что сделал то, чего не смог Эйнштейн. На заседании он прочел вслух одно из писем Эйнштейна, адресованное лично ему. В письме Эйнштейн называет свои ранние работы по аффинной теории «могилой своих надежд».

«Я думаю, что сейчас мы можем эксгумировать его надежды, – сказал Шрёдингер, – потому что в последнее время мне удалось обеспечить этой части теории довольно надежное эмпирическое подтверждение»^{148}.

В статье с заголовком «Эйнштейн потерпел неудачу» газета Irish Press безосновательно заявила, что Шрёдингеру удалось то, в чем Эйнштейн «признал свой провал». Статья вводит в заблуждение, поскольку в ней предполагается, что Эйнштейн уже давно отказался от попыток построения единой теории, в то время как дело обстояло прямо противоположным образом. Он часто признавал, что его ранние идеи были неверными, но по-прежнему сохранял надежду на конечный успех.

Каковы же были решающие экспериментальные доказательства теории Шрёдингера? На самом деле там не было ничего стоящего. Предполагаемое доказательство основывалось на данных наблюдений магнитного поля Земли. По иронии судьбы, компас, прибор, который Эйнштейн лелеял, как ребенка, стал символом попытки представить его идеи устаревшими. Исследования, на которые ссылался Шрёдингер, не были достаточно новыми – одно датировалось 1885 годом, а другое – 1922-м. Хотя уже были доступны более современные данные, Шрёдингер о них даже не упоминает. Например, в том же месяце, когда Шрёдингер читал свой доклад, геофизик Джордж Вуллард опубликовал статью, в которой систематически исследовал магнитный и гравитационный профили Северной Америки^{149}. Несмотря на это, Шрёдингер взял данные из старых пыльных книг.

Иногда геофизики находят расхождения между ожидаемым и реальным поведением магнитных силовых линий. Это, как правило, указывает на неизвестные ранее намагниченные структуры под поверхностью, такие как скальные породы с большим, чем обычно, содержанием магнитного железняка. Поэтому если геофизик обнаруживает аномальное отклонение стрелки компаса, он может начать искать пласты подземных пород, которые могут быть причиной этого.

Обычно значение магнитного поля Земли меняется с течением времени и от места к месту. Это поле порождается за счет сложного эффекта динамо, зависящего от изменения состояния намагниченных материалов в земном ядре, мантии и коре.

Шрёдингер, однако, интерпретировал такие расхождения иным образом. Он использовал их для иллюстрации того, что классическая теория электромагнетизма была не совсем точна в своих прогнозах, и (вместе со стандартной общей теорией относительности) должна быть заменена на его собственную единую теорию. Как сообщала Irish Press в своей передовице, «именно воздействие на стрелку компаса, указывающее на колебания интенсивности магнитного поля Земли, неожиданно доказало правильность великой теории профессора Шрёдингера. Это напоминает то, как движение звезд подтвердило справедливость теории относительности Эйнштейна, которую новая теория профессора Шрёдингера дополняет и, в какой-то мере, даже заменяет»^{150}.

При разработке волнового уравнения Шрёдингер основывался на известных физических законах, таких как закон сохранения энергии и непрерывность волн. Его успех был обусловлен точным соответствием спектральных линий атомов предсказаниям теории. Когда Эйнштейн предложил свою общую теорию относительности, он опирался на принцип эквивалентности – надежную гипотезу, основанную на измерениях ускорений тел при движении в их пространстве. Она была проверена несколькими независимыми способами, в том числе при помощи феномена искривления Солнцем света, идущего от звезды, которое трудно объяснить в рамках ньютоновской теории.

В то же время у общей унитарной теории Шрёдингера, «подтвержденной» аномальным поведением стрелки компаса, не было ни строгого теоретического обоснования, ни достоверных экспериментальных подтверждений. Он разработал свою теорию, опираясь на абстрактные математические рассуждения, а не на общеизвестные (или хотя бы гипотетические) физические законы. Кроме того, данные, которые он использовал для доказательства теории, гораздо проще объясняются естественной изменчивостью магнитного поля Земли. Даже сам Шрёдингер на тот момент рассматривал свою теорию как предварительную и неокончательную. Он будет работать над ней еще несколько лет, прежде чем заявит о своей победе еще раз. Тем не менее характер освещения разработки теории в прессе создавал впечатление, что она была свершившимся фактом, бесспорным крупным достижением в науке.

В августе Шрёдингер написал Эйнштейну письмо с описанием электромагнитного «доказательства» правильности своей теории.^{151} Эйнштейн был настроен скептически. Он ответил в сентябре, перечислив другие возможные объяснения, почему магнитное поле Земли может быть асимметричным, в числе которых было неравномерное покрытие океанами земной поверхности в Северном и Южном полушариях^{152}. В октябре Шрёдингер написал в ответ, признавая свою ошибку: «Скорее всего, вы, как обычно, правы»^{153}.

Но, несмотря на критику Эйнштейна, Шрёдингер был непоколебим. Он эмоционально объяснял Эйнштейну, как он планирует расширить аффинную теорию, чтобы включить в нее три поля: гравитационное, электромагнитное и мезонное (сильное взаимодействие). Гравитационное и мезонное поля должны были описываться симметричными компонентами аффинной связности, а электромагнитное – антисимметричными. Эта идея заинтересовала Эйнштейна и послужила толчком к более обстоятельной переписке.

Эйнштейну по-прежнему нравилось иметь друга по переписке, с которым можно обмениваться идеями. Он по-дружески писал Шредингеру: «Я высоко ценю то, что вы открыто сообщаете мне о ваших достижениях. В какой-то степени я это заслужил, ведь десятилетиями я в одиночку бился головой об эту стену»^{154}.

Новообретенная популярность (благодаря книге «Что такое жизнь?» и его общей унитарной теории), теплая переписка с Эйнштейном и очевидные успехи в области физики – Шрёдингер был на седьмом небе от счастья. Безусловно, он был выдающимся ученым, но нарциссизм затуманил его рассудок. Его желание быть обожаемым женщинами и получать удовольствие от их соблазнения реализовалось в многочисленных любовных приключениях. У него состоялось еще два романа в течение ближайших нескольких лет, каждый из которых привел к беременности и рождению дочек.

Первый из двух романов был с замужней женщиной по имени Шейла Мэй Грин, интеллигентной общественной активисткой и критиком администрации де Валера. Они начали встречаться весной 1944 года. Уже осенью Шейла забеременела. 9 июня 1945 года она родила дочь, Бланат Николетт. Шейла и ее муж Дэвид воспитывали ее, а после развода Дэвид воспитывал дочь в одиночестве. Помимо дочери, еще одним результатом их романа стала книга любовной поэзии, которую Эрвин посвятил Шейле, а через некоторое время опубликовал.

Второй роман был с женщиной по имени Кейт Нолан (на самом деле это псевдоним для сохранения конфиденциальности), государственной служащей, которая познакомилась с Хильде, когда они обе работали в Красном Кресте^{155}.[13]13
  Мур полагал, что, поскольку Шрёдингер всегда хотел иметь сына, он надеялся, что она забеременеет мальчиком.


[Закрыть]

Их короткая связь привела к появлению на свет девочки по имени Линда Мари Тереза, родившейся 3 июня 1946 года. Изначально Кейт, будучи в шоковом состоянии из-за незапланированной беременности, отдала Линду Шрёдингерам. Однако спустя два года она захотела вернуть себе дочь. Однажды, проезжая мимо, она увидела, как няня, нанятая Шрёдингерами, прогуливается с Линдой. Кейт взяла Линду из коляски и забрала ее. Эрвин ничего не мог с этим поделать, поскольку Кейт была ее законной матерью. Кейт перевезла девочку в Родезию (ныне Зимбабве), где она и выросла. Сын Линды (и внук Шрёдингера) Терри Рудольф родился там же в 1973 году^{156}. Он стал физиком, специалистом в квантовой теории, и в настоящее время работает в Имперском колледже Лондона.

Поймать физика

Жившему в нейтральной Ирландии Шрёдингеру не приходилось принимать сложных моральных решений о том, участвовать или нет в военных проектах. Л, например, Гейзенберг, оставшийся в Германии, находился в ситуации, когда ему было трудно от них отказаться. Он был связан семейными узами с Генрихом Гиммлером, рейхсфюрером СС. Это помогло ему избежать обвинений в чрезмерно близких контактах с евреями-учеными, например Борном. Эти связи также помогли ему занять ведущие научные позиции во время войны. Гейзенберг был рад получить возможность послужить своей стране, даже в условиях режима, который не поддерживал.

О руководящей роли Гейзенберга в нацистской ядерной программе написано много. После войны он свел к минимуму усилия команды ученых, направленные на разработку атомной бомбы, и переориентировал ее работу на изучение аспектов мирного использования атомной энергии. Его коллега, физик Карл Фридрих фон Вайцзеккер предположил, что они специально работали медленно и никогда не хотели, чтобы Гитлер заполучил бомбу. Они утверждали, что в некотором смысле немецкие ученые вели себя более этично, чем союзники, потому что они никогда всерьез не стремились создать ядерное оружие и никогда не использовали его. Гейзенберг также обвинил Эйнштейна в лицемерии, когда тот из главного пацифиста превратился в убежденного сторонника военных действий союзников.

Однако в 2002 году были обнародованы неотправленные письма Бора Гейзенбергу. В них Бор описывает их беседы, которые состоялись в Копенгагене в 1941 году (встречи, которые легли в основу знаменитой пьесы Майкла Фрейна «Копенгаген»). Бор так никогда и не отправил эти письма Гейзенбергу, потому что не хотел бередить старые раны. Он вспоминал, что именно Гейзенберг рассказал ему о том, что немцы активно работают над созданием атомной бомбы и что они в конечном итоге достигнут цели. Бор был потрясен уверенностью Гейзенберга. В сентябре 1943 года Бор был вынужден бежать на рыбацкой лодке из Дании в Швецию, а затем самолетом военной авиации (организованным Линдеманном) – в Великобританию, где он присоединился к ядерной программе союзников.

Слежка за Гейзенбергом и немецким атомным проектом стала одним из наиболее важных приоритетов для разведки союзников. Примерно одновременно с побегом Бора Сэмюэл Гаудсмит (который совместно с Джорджем Уленбеком ввел понятие спина) был назначен главой миссии «Алсос». Перед ней была поставлена задача оценки прогресса в создании атомной бомбы.

Вряд ли можно было заподозрить в шпионаже Мо Берга, который был заурядным игроком бейсбольной лиги и тренером, но в то же время полиглотом и экспертом по имитации научных способностей. Один из его бывших товарищей по команде как-то пошутил, что тот «может говорить на двенадцати языках, но не может хорошо ударить ни на одном из них»^{157}. Берг присоединился к Управлению стратегических служб (организации – предшественнице ЦРУ) в 1943 году и вскоре был завербован в сверхсекретный проект по противодействию нацистской ядерной программе.

После кратких инструкций относительно нюансов квантовой и ядерной физики Берг выдал себя за физика и в декабре 1944 года принял участие в конференции в Цюрихе, где должен был выступать Гейзенберг. Берг имел при себе пистолет и капсулу с цианидом, у него был строгий приказ: если окажется, что Гейзенберг приблизился к созданию бомбы, Берг должен его убить. Если же, напротив, окажется, что он ведет безопасные исследования, то трогать его не нужно. К счастью для Гейзенберга, реализовался второй сценарий. Он делал доклад о матрицах рассеяния в квантовой физике, предмете, который имел мало общего с бомбами. Берг решил, что это достаточно безопасно, и сохранил Гейзенбергу жизнь.

В 1945 году, когда советские войска взяли Берлин, Великобритания и США поняли, что все атомные секреты немецких ученых могут попасть в руки СССР. Они приступили к операции «Эпсилон» по задержанию ведущих немецких физиков-ядерщиков и перемещению их в Англию.

Гейзенберг и девять других ученых, включая Гана, фон Вайцзеккера и фон Лауэ, были доставлены в Фарм-Холл, величественный особняк, расположенный неподалеку от Кембриджа, где они содержались в течение шести месяцев. Несмотря на то что ученые находились в изоляции и под охраной, им создали комфортные условия.

Начиненный прослушивающими устройствами Фарм-Холл стал своеобразной лабораторией, в которой испытуемыми были сами ученые. Целью этого «эксперимента» являлось наблюдение за исследователями, находящимися в спокойной и комфортной обстановке и не подозревающими, что за ними следят, и выяснение, какой была настоящая цель их исследований и каких результатов они в действительности достигли. Когда в августе союзники сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки, реакции ученых были зафиксированы и тщательно проанализированы. Все ученые были потрясены тем, как быстро союзникам удалось реализовать атомный проект. Они усиленно работали над созданием бомбы, но на проекте отрицательно сказывались недостаточное финансирование и отсутствие у Гейзенберга опыта конструкторских разработок. Его мышление было слишком абстрактным для проектирования взрывных устройств. Поэтому они доложили наверх, что для создания бомбы потребуются еще много лет исследований и это нереалистично в ближайшей перспективе.

После того как Гейзенберг был освобожден из Фарм-Холла, он возобновил научную карьеру. С окончанием войны и победой союзников Германия вернулась в свои довоенные границы, но с некоторыми изменениями. Она была разделена на четыре оккупационные зоны, каждая из которых находилась под управлением одного из союзников. Берлин также был разделен на четыре сектора. Гейзенберг поселился в Гёттингене, который находился в британском секторе.

Шрёдингер был рад видеть Австрию освобожденной, восстановленной и независимой республикой. Впрочем, она тоже была разделена на оккупационные зоны, включая советский сектор на востоке. Хотя Шрёдингер уже начал думать о возвращении, из-за политической ситуации он еще на некоторое время оставался в Дублине, – этот период ожидания закончился лишь десятилетие спустя. Тем временем Шрёдингер решил уйти с поста руководителя факультета теоретической физики, уступив это место Гайтлеру» но остался старшим профессором. По официальной версии, он хотел сосредоточиться на исследованиях. Тем не менее есть данные о том, что у него были разногласия с обслуживающим персоналом института, и он решил, что сыт по горло административной работой.

В его семейной жизни тоже произошли изменения, так как Хильде и Рут уехали в Австрию. Энни очень сильно привязалась к Рут за годы, проведенные вместе на Кинкора-роуд. Она стала для Рут второй мамой. Когда Хильде решила вернуться в Инсбрук к Артуру и забрать Рут с собой, Энни была расстроена. Она погрузилась в глубокую депрессию, без сомнения, усугублявшуюся продолжающимися отношениями Эрвина с другими женщинами.

А вот Эйнштейна совершенно не интересовала перспектива возвращения в Германию. Да и если бы он на это решился, его ждала бы настоящая разруха. Как и большая часть центра Берлина, его бывший дом в Баварском квартале был разрушен. Его дом у озера в Капуте, в то время находившийся в советском секторе, был экспроприирован. Облик большинства немецких городов коренным образом изменился, и требовались десятилетия на их восстановление. Однако больше всего шокировало количество человеческих жертв. Нацисты истребили миллионы европейцев, в том числе шесть миллионов евреев. Миллионы людей погибли на войне. Бесчисленное множество людей так или иначе пострадали: стали бездомными, инвалидами, вдовами, сиротами. Эйнштейн никогда не забыл и не простил этого невыразимого ужаса.

Несмотря на всю свою печаль и гнев, Эйнштейн возобновил усилия по поиску единой теории поля. В сотрудничестве с Эрнстом Штраусом он начал исследовать то, что называл «обобщением релятивистской теории гравитации». Как и новая теория Шрёдингера, это обобщение было попыткой подправить аффинную связность, которая связывает точки пространства-времени, и посмотреть, как эти изменения повлияют на полевые уравнения. Он начал проект самостоятельно, опубликовав первые результаты своей работы, но допустил ошибку в расчетах, которую исправил Штраус. И в 1946 году они опубликовали совместную статью.

Эйнштейн отнюдь не считал свою работу по единой теории поля завершенной. В последние десять лет жизни он использовал эклектичный подход, рассматривая различные модификации общей теории относительности скорее как возможные варианты, чем как последнее слово в науке Тем не менее его огромная слава гарантировала интерес аудитории практически ко всему, что он публиковал, независимо от того, насколько это было абстрактным или сырым. Ему также пришлось иметь дело с соперниками – в частности, одним старым приятелем из Дублина.